汽车电工与电子基础2(ISBN9787114084997)

单元二正弦交流电一、正弦交流电的基本概念二、电容器与电感器四、RLC串联电路五、三相正弦交流电路单元小结三、单相正弦交流电路返回学习目标完成本单元学习后，你应能：1.了解单相交流电路中的基本概念；2.理解正弦交流电的三要素；3.了解正弦交流电的周期、频率、角频率之间的关系；4.正确描述电容器与电感器的概念和特性；5.掌握正弦交流电路中RLC串联电路的特点；6.了解三相电源的概念。建议学时：10学时目录页前一页一、正弦交流电的基本概念1.正弦交流电的概念2.正弦交流电的三要素目录页前一页1.正弦交流电的概念交流电是指大小和方向都随时间作周期性变化的交变电动势、电压、电流的总称。正弦交流电是指按正弦规律变化的交流电。目录页前一页2.正弦交流电的三要素1）最大值2）频率（周期、角频率）3）初相位目录页前一页正弦交流电的电流波形图目录页前一页1）最大值正弦交流电中最大的瞬时值称为最大值，也称振幅或峰值。目录页前一页2）频率（周期、角频率）正弦交流电循环变化一周的时间称为周期。单位时间内包含的周期数称为频率。频率和周期互为倒数。目录页前一页3）初相位相位表示正弦量在某一时刻所处的状态的物理量。相位是决定正弦交流电在某一时刻所处的状态，初相位则确定正弦交流电在计时起点t=0时的初始值。目录页前一页例题[2-1]：正弦交流电的电流振幅值Im=20A、频率f=50Hz，初相位φi=π/4。求：当t=0时，电流i的瞬时值是多少？当t=2s时，电流i的瞬时值是多少？目录页前一页相位差：相位差指的是两个同频率正弦交流电的相位之差，即为相位差。两个同频率的正弦交流电的相位差就是它们的初相位之差。初相位不同，反映它们随时间变化的步调不一致。目录页前一页同频率交流电相位差关系a）超前或滞后；b）同相；c）反向目录页前一页4）有效值交流电的有效值是根据电流的热效应规定的，交流电流通过电阻时和直流电流通过电阻时一样，都会产生热量。若在数值相等的两个电阻中，分别通入交流电流与直流电流，在相同时间内，如果这两个电阻产生的热效应相等，则这个直流电流的数值就是该交流电流的有效值。1、白炽灯的额定电压为220V，它允许承受的最大电压（）。2、交流电和则（）。tEemsin1)60sin(2tEem二、电容器与电感器1.电容器2.电感器3.电容器与电感器的应用目录页前一页1.电容器1）电容器的结构与类型2）电容器的电容量3）电容器的主要特性目录页前一页1）电容器的结构与类型任何两块金属导体，中间用电介质（绝缘体）隔开，便组成了一个电容器。电容器的种类很多，按结构可分为固定电容器、微调电容器，可变电容器及电解电容器。目录页前一页常见电容器的图形符号a）微调电容器；b）可变电容器；c）一般电容器；d）电解电容器目录页前一页2）电容器的电容量电容器存储电荷的能力称为电容器的电量，简称电容。电容的大小等于电容器两极板加单位电压时所存储的电荷量。目录页前一页UQC3）电容器的主要特性（1）电容器的充放电规律。（2）电容器的工作特性。目录页前一页（1）电容器的充放电规律电容器充放电实验电路a）实验电路；b）充电；c）放电目录页前一页电容器的充放电规律为：①电容器充电的过程就是极板上电荷不断积累的过程。②电容器充电与放电的快慢，取决于充放电电路中电阻与电容的乘积，而与电压的大小无关。目录页前一页（2）电容器的工作特性。①电容器接在直流电路中，只有在接换电路时，由于电容器充电或放电，电路中才有电流通过（电荷的移动）。②电容器接在交流电路中，随着交流电的不断变化，电容器将不断反复充放电，电路中形成不断变化的电流（电荷不停地来回移动）。③电容器在电路中工作时，它只是实现能量的转换，并不消耗能量。目录页前一页2.电感器1）电感器的结构与类型2）电感器的电感量3）电感器的主要特性目录页前一页1）电感器的结构与类型电感线圈是用漆包线、纱包线或塑皮线等在绝缘骨架或磁芯、铁芯介质上绕制成的一组串联的同轴线圈。将电感线圈加上散热元件、外壳及接线柱就制成了电感器。电感器的分类：（1）按结构分类；（2）按接线结构分类；（3）按工作频率分类；（4）按用途分类。目录页前一页常用电感器图形符号a）一般电感；b）带磁芯电感；c）带铁芯电感目录页前一页2）电感器的电感量电感器的电感线圈产生磁场的能力，称为该线圈的电感量（又称为自感系数），简称电感。电感器电感线圈的电感越大，则它储存的磁场能量也就越多。目录页前一页3）电感器的主要特性（1）自感与互感。（2）工作特性。目录页前一页（1）自感与互感。对于接在电路中的电感线圈，当电感线圈中的电流发生变化时，电感线圈会对电流的变化起阻碍作用，即电感线圈会产生感应电动势，这称为自感。如果是两个相邻电感线圈，当其中一个电感线圈的电流发生变化时，另一个电感线圈将产生电动势来阻止电流的变化，这称为互感。目录页前一页（2）工作特性。①电感线圈接在直流电路中，当线圈的电流增大或减小时，电感线圈会阻碍电流的变化，但一定时间之后，阻碍作用将会消失。②电感线圈接在交流电路中，随着交流电的不断变化，电感线圈将会反复不断地起阻碍作用，交流电的频率越高，阻碍作用就会越明显。③与电容器一样，电感器在电路中工作时也是实现能量的转换，实质上也是一种储能元件，它所存储的是磁场能量。目录页前一页3.电容器与电感器的应用1）电容器的应用2）电感器的应用目录页前一页1）电容器的应用电容器具有通交流、隔直流的作用。小容量的电容，通常在高频电路中使用；大容量的电容往往是作滤波和存储电荷用。电容器在汽车上也有使用。目录页前一页2）电感器的应用由于电感器的电感线圈具有阻流的作用，电感器可用来变压、筛选信号、过滤噪声、稳定电流、抑制电磁波干扰等。目录页前一页三、单相正弦交流电路1.纯电阻电路2.纯电感电路3.纯电容电路目录页前一页1.纯电阻电路（1）电流和电压的有效值（最大值或瞬时值）满足欧姆定律。（2）电路的功率。目录页前一页纯电阻电路a）电路图；b）波形图目录页前一页2.纯电感电路（1）电压与电流的有效值（或最大值）满足欧姆定律。（2）电感上的电压相位超前电流相位90°。（3）纯电感电路不消耗功率。目录页前一页纯电感电路a）电路图；b）波形图目录页前一页小提示在一个周期内，电感吸收的电能等于它释放的磁场能，它不消耗能量，只是在电路中起能量交换作用。电感平均功率为零。目录页前一页例题[2-2]：在电压为220V，频率为50Hz的电源上接电感L=0.127H的纯电感。试求线圈的感抗XL，线圈中电流的有效值I及无功功率QL？目录页前一页3.纯电容电路（1）电压与电流的有效值（或最大值）满足欧姆定律。（2）电容上的电压相位滞后电流相位90°。（3）纯电容电路不消耗功率。目录页前一页纯电容电路a）电路图；b）波形图目录页前一页四、RLC串联电路1.R、L、C串联电路电压和电流的关系2.R、L、C串联电路功率的关系目录页前一页1.R、L、C串联电路电压和电流的关系RLC串联电路目录页前一页根据各元件的特点，用向量表示电压与电流的关系目录页前一页根据以上分析可以画出阻抗三角形，如图所示。目录页前一页根据以上分析和各元件特点，可以画出电压向量图。目录页前一页由图上几何关系可得：目录页前一页综上所述，可画出RLC串联电路的电压、电流波形图，如图所示。目录页前一页在RLC串联电路中，各参数值不同，使电路呈现不同的情况和性质。（1）当XL＞XC时，φ＞0，则电路呈电感性质，类似于RL串联电路，这时总电压超前电流φ角。（2）当XL＜XC时，φ＜0，则电路呈电容性质，类似于RC电路，这时总电压滞后电流φ角。（3）当XL=XC时，φ=0，此时Z=R，则电路呈纯电阻性质，类似于R元件电路，这时总电压和电流同相，它又称为串联谐振电路。例题[2-3]：如图所示的RLC串联电路，已知，U=U2，R=4Ω，XL=3Ω，求XC（XC≠0），并判断此电路的性质？目录页前一页向量图目录页前一页2.R、L、C串联电路功率的关系利用有功功率P=I2R和无功功率Q=I2X的关系式，可以讨论这些功率之间的关系。目录页前一页根据功率是标量的特征和上式，可以作出如图所示的总功率、有功功率和无功功率的三角形关系图。目录页前一页一个电源实际输出的有功功率与电源所接负载的特性有关。电源接负载的目的是为了实现能量的转换。要提高电源设备的利用率，必须提高电路的功率因数。目录页前一页五、三相正弦交流电路1.三相交流电源的产生2.三相电源的连接目录页前一页1.三相交流电源的产生三相交流电是由三相交流发电机产生的。三相交流发电机主要由定子和转子构成。目录页前一页三相交流发电机结构、波形和矢量图a）三相交流发电机结构图；b）电动势波形图；c）电动势矢量图目录页前一页2.三相电源的连接1）三相电源的星形（Y）连接2）三相电源的三角形连接目录页前一页1）三相电源的星形（Y）连接发电机绕组的星形连接a）电路图；b）等效电路目录页前一页AU星型连接的对称三相交流电源的线电压为380V，假设的初相角为0rad，写出线电压和相电压表达式。2）三相电源的三角形连接目录页前一页1、在纯电阻交流电路中，电压与电流的相位关系（）。2、把110v交流电加在100Ω的电阻上，则电阻两端的电压U=（），电流I=（）。3、在纯电感正弦交流电中，若电源频率提高一倍，其他条件不变，则电路中的电流将（）。4、电感的符号（），感抗的符号（）感抗的单位（）。5、在纯电容交流电路中，电压与电流的相位关系是电压（）电流90°。1、在纯电感交流电路中，电流为（）2、在纯电感交流电路中，没有能量消耗，只有能量（）A变化B增强C交换D补充3、在纯电容交流电路中，电容的电压与电流的频率相同，电流的相位超前外加电压A60°B30°C180°D90°4、容抗的单位是（）A伏特B法拉C欧姆D库仑5、在RLC电路中，当XL=XC时，电路呈（）性。A电感B电容C电阻单元小结1.交流电的概念2.正弦交流电的三要素3.单相正弦交流电路4.三相正弦交流电路目录页前一页